TD-SCDMA射頻功率放大器研究

　　功率放大器的瞬態(tài)響應(yīng)不僅與器件本身有關(guān)，還與偏置電路的設(shè)計密切相關(guān)。為了更好地分析功率放大器的瞬態(tài)響應(yīng)，這里根據(jù)晶體管的模型用二階R-C網(wǎng)絡(luò)來等效分析功率放大器的瞬態(tài)響應(yīng)，如圖4所示。其中，C1、R1、R2代表功率晶體管的等效參數(shù)；而C2、R3、R4則是功率放大器的供電電路參數(shù)。當(dāng)功率放大器打開時，控制開關(guān)J1的3腳與1腳相連，電源V1對電容進(jìn)行充電，可見電路的上升時間不僅與功率晶體管的電容C1有關(guān)，還與供電電路的濾波電容C2和電阻R4有關(guān)。在實際的應(yīng)用中，R4一般選取10?贅，而由于上升時間不能太大，濾波電容只能選擇pF量級的。但功率放大器關(guān)斷時，開關(guān)J1的3腳與2腳相連，此時電路通過阻值很小的電阻R3來放電，從而保證功率放大器的瞬態(tài)響應(yīng)下降時間足夠短。

　　功率放大器瞬態(tài)響應(yīng)上升時間與圖4中的C1、R1和R4密切相關(guān)，其中C1和R1是管子內(nèi)部的參數(shù)，由所使用的功率晶體管型決定；而R4與偏置電路有關(guān)，可以通過改變R4的大小來改變整個功率放大器的瞬態(tài)響應(yīng)。圖5就是在R4的不同阻值下的功率放大器電路的瞬態(tài)響應(yīng)。從圖中可以看出，當(dāng)R4=10Ω時，功放的柵極偏置電壓的上升時間為0.6us；當(dāng)R4=20Ω時，上升時間變?yōu)?.1us；當(dāng)R4=30Ω時，上升時間為1.6us。也就是說，隨著電阻R4 阻值的增大，功率放大器柵極偏置電壓的上升時間也隨之增大。

　　圖6給出了偏置電路中R4不同取值時功率放大器的EVM測試值。從圖6可以看出，偏置電壓上升得越快，對EVM的惡化越小；反之，對EVM的惡化就越大。測試中還發(fā)現(xiàn)，如果上升時間過長，甚至可能導(dǎo)致信號無法解調(diào)。由此可見，功率放大器瞬態(tài)響應(yīng)的上升時間與EVM確實有著必然的聯(lián)系。

　　根據(jù)TD-SCDMA相關(guān)規(guī)范，要求收、發(fā)切換時開關(guān)的上升時間必須小于2?滋s，這正是從保護(hù)信號完整傳輸和避免EVM指標(biāo)惡化這方面來考慮的。而通過選擇合適的功率放大器晶體管并設(shè)計合適放大器的偏置電路和開關(guān)控制信號，完全可以滿足國家提出的標(biāo)準(zhǔn)，甚至可以使得開關(guān)的上升時間小于1us。

　　功率放大器偏置電壓控制信號設(shè)計

　　如圖6所示，即使功率放大器的瞬態(tài)響應(yīng)上升時間小至1us，放大器工作在時分雙工模式時的EVM仍然大于1.2%，仍然大于功率放大器處于常開模式下的 EVM指標(biāo)，即功率放大器的瞬態(tài)響應(yīng)仍然對信號質(zhì)量造成了惡化。顯然，由于功率放大器本身以及偏置電路的影響，功率放大器的瞬態(tài)響應(yīng)上升時間不可能為零，因此不可避免地會產(chǎn)生削波現(xiàn)象，從而惡化EVM指標(biāo)。

　　為了避免功率放大器的瞬態(tài)響應(yīng)上升時間對EVM的影響，就必須保證在TD-SCDMA信號到來時，功放的瞬態(tài)響應(yīng)已經(jīng)結(jié)束，即功放開關(guān)已經(jīng)完全打開。因此，必須把功放的打開時間提前。由于TD-SCDMA系統(tǒng)是一個同步系統(tǒng)，具有統(tǒng)一的時鐘參考和同步控制，因此實現(xiàn)開關(guān)的提前打開控制并不困難，本文對此不作論述。至于開關(guān)打開的提前量設(shè)為多少比較合適，則要根據(jù)具體的功放電路的瞬態(tài)響應(yīng)速度來決定。實驗中，當(dāng)功放開關(guān)的上升時間為1.5us時，改變開關(guān)打開的提前量，得到相應(yīng)情況下的EVM數(shù)值如圖7所示。

　　由圖7可見，當(dāng)功放開關(guān)不提前打開時，EVM值大于1.5%；而隨著打開提前量的逐漸增加，EVM的值也逐漸減??；當(dāng)開關(guān)打開的提前量增加到與該功放打開的上升時間相當(dāng)時(本例中為1.5us)，EVM數(shù)值則下降到與常開模式下的EVM數(shù)值完全相同的水平；若繼續(xù)增大開關(guān)打開的提前量，EVM則保持不變。由此可知，當(dāng)功放開關(guān)打開的提前量不小于功放本身的打開上升時間時，功放在TD-SCDMA信號到來時就已經(jīng)處于完全打開的狀態(tài)，瞬態(tài)響應(yīng)已經(jīng)結(jié)束，也就不會產(chǎn)生對信號的削波現(xiàn)象，自然也就不會對EVM有額外的惡化。